Resolución de rango dinámico sin precedentes, útil para examinar el impacto de los contaminantes ambientales en las células y los tejidos
Las imágenes de sincrotrón de cuerpo entero de gusanos redondos revelan la acumulación de nanopartículas
Los científicos que trabajan en la fuente de luz PETRA III del DESY han sido capaces de generar el primer mapa de rayos X basado en el sincrotrón de todo el cuerpo de un organismo con una resolución tan alta que permite detectar los contaminantes a nivel de cada célula. El equipo de investigación pudo identificar nanopartículas de cerio en el sistema digestivo del gusano redondo Caenorhabditis elegans, determinando además que las nanopartículas presentaban una toxicidad relativamente baja. Los resultados de PETRA III fueron corroborados por microscopía de fluorescencia, y el método en el que se basa el resultado podría resultar valioso también para la evaluación de otros contaminantes ambientales. Los resultados se publicaron en la revista Environmental Science and Technology y en ellos participaron científicos de la Universidad Noruega de Ciencias de la Vida y de la Universidad de Amberes de los Países Bajos.
Las nanopartículas de cerio se iluminan a lo largo de la cabeza de un gusano redondo C.elegans en los datos tomados en PETRA III. El gusano fue expuesto a concentraciones de cerio mucho más altas que las que se dan en la naturaleza para ver claramente la absorción de las nanopartículas en el organismo. El conjunto de datos de la línea de luz P06 de PETRA III también puede ampliarse a una escala de 300 nanómetros.
Norwegian University of Life Sciences (NMBU)
Las nanopartículas existen en diversas formas en el medio ambiente. Se definen como cualquier partícula de materia que mide menos de una millonésima de metro de ancho. En esta investigación se estudiaron las nanopartículas del metal de tierras raras cerio, que se encuentran entre los nanomateriales más fabricados por sus propiedades únicas y su aplicación en los catalizadores de los automóviles, las pilas de combustible y los materiales que bloquean la luz ultravioleta. Así, las nanopartículas de cerio se han detectado en el entorno más amplio de las instalaciones industriales. Los efectos de la liberación de estos nanomateriales en el medio ambiente son inciertos, ya que los estudios anteriores muestran resultados inconsistentes sobre la potencial toxicidad de las partículas.
Ole Christian Lind, de la Universidad Noruega de Ciencias de la Vida (NMBU), lleva dos décadas estudiando diversos contaminantes ambientales en fuentes de sincrotrón como PETRA III. Normalmente, estos estudios de sincrotrón se llevan a cabo en especímenes conservados, normalmente secos. Para alcanzar el objetivo de realizar un estudio completo de imágenes en un espécimen no seco, Lind utilizó la línea de luz P06 de PETRA III, dirigida por el científico del DESY Gerald Falkenberg. Como muestra, los científicos utilizaron el gusano redondo Caenorhabditis elegans. "Utilizamos el C. elegans porque quizá sea el organismo modelo eucariota más estudiado del planeta", explica Lisa Rossbach, postdoctorante de la NMBU y una de las principales autoras del estudio.
Los científicos expusieron a los gusanos a una alta concentración de nanopartículas de cerio, muy superior a la que se encuentra en el medio ambiente. "Mediante la espectroscopia de fluorescencia de rayos X, conseguimos reconstruir una imagen de altísima resolución de los gusanos redondos que se conservaban en un estado prístino", dice Falkenberg. "Lo conseguimos utilizando un haz de rayos X extremadamente estrecho para excitar los electrones de los grupos de nanopartículas y los tejidos del gusano, lo que permitió obtener una imagen interna completa del organismo y de la distribución del cerio en él". Los datos son tan detallados que permiten a los científicos ver todo el organismo y a la vez acercarse a partes individuales de las células, lo que permite a los científicos localizar los grupos de nanopartículas en su interior.
Lind afirma: "Se trata de un experimento innovador. La capacidad de cartografiar la absorción de contaminantes con una resolución de 300 nanómetros para la obtención de imágenes de rayos X de todo el cuerpo de un organismo intacto no deshidratado nos permite abordar las consecuencias de los contaminantes de una forma totalmente nueva. Se trata de una toxicología de siguiente nivel, en la que podemos mostrar con detalle que la presencia de un contaminante en un tejido o una célula está directamente relacionada con el efecto que genera".
Las imágenes revelaron que altas concentraciones de nanopartículas de cerio no causaban efectos tóxicos agudos y se eliminaban rápidamente del organismo. "Sin embargo, el cerio sí se acumuló en las piezas bucales y causó deformidades en el aparato de procesamiento de alimentos de los gusanos", dice Rossbach. Como parte de este estudio, Rossbach también investigó las mismas malformaciones en los tejidos mediante microscopía de fluorescencia in vivo, corroborando el efecto de las nanopartículas al examinar los niveles de estrés oxidativo en los tejidos.
Los resultados son también de gran interés porque el cerio se utiliza a menudo como análogo de los contaminantes radiactivos, que a su vez suelen presentarse como nanopartículas. "Además de ser un resultado interesante en sí mismo, esto abre el camino a estudios mucho más detallados sobre los efectos de diversos tipos de contaminación en los organismos". Los experimentos futuros también podrían centrarse en los nanoplásticos, que están apareciendo incluso en algunas de las zonas más remotas del medio ambiente.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Synchrotron XRF Analysis Identifies Cerium Accumulation Colocalized with Pharyngeal Deformities in CeO2 NP-Exposed Caenorhabditis elegans; Lisa Magdalena Rossbach, Dag Anders Brede, Gert Nuyts, Simone Cagno, Ragni Maria Skjervold Olsson, Deborah Helen Oughton, Gerald Falkenberg, Koen Janssens, and Ole Christian Lind; Environmental Science and Technology, 2022
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